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INTRODUCCIÓN
La contaminación del aire se ha convertido en el mayor desafío para la salud pública mundial; sus impactos también amenazan la integridad de los ecosistemas y los bienes materiales, y alteran el clima (Guan et al., 2023; Ni et al., 2023). En particular, los países en desarrollo enfrentan importantes problemas de contaminación, lo que lleva a niveles de calidad del aire por debajo de los recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS), imponiendo así cargas económicas y de salud a los habitantes de estas regiones (Feng et al., 2023).
Los principales contaminantes del aire incluyen monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2), monóxido de nitrógeno y dióxido de nitrógeno (NO y NO2), ozono (O3) y partículas con diámetros aerodinámicos inferiores a 10 (PM10) y 2.5 (PM2. 5) micras (Seinfeld y Pandis, 1998). Estos contaminantes son emitidos principalmente por el transporte, las industrias, la producción agrícola y la generación de residuos (Sokharavuth et al., 2023). El NO2 y el O3 son contaminantes graves y nocivos; el NO2 causa enfermedades respiratorias e incluso implicaciones cognitivas (Sokharavuth et al., 2023; Wang et al., 2023a) sus concentraciones son fuertemente vinculados a la actividad humana, principalmente por la quema de combustibles provocada por el tráfico vehicular y las actividades industriales (Prunet et al., 2020). Además, el NO2 es un precursor crucial del O3 troposférico (Wang et al., 2023b), que, debido a su naturaleza altamente oxidante, puede tener efectos agudos y crónicos sobre la morbilidad pulmonar y cardiovascular, e incluso causar mortalidad prematura (Qi et al., 2023; in ’t Veld et al., 2021).
Además, el NO2 es un importante precursor del ozono troposférico (O3), otro contaminante criterio responsable de efectos dañinos en los pulmones y mortalidad prematura (Rathore et al. 2023). Las cantidades de NO2 se miden con analizadores in situ, que generalmente informan en proporciones de mezcla, o mediante instrumentos de detección remota que informan cantidades en columnas.
Los sensores remotos para el NO2 total de la columna (Piters et al., 2012) incluyen el espectrómetro Pandora (Herman et al., 2009). Los sensores remotos aerotransportados, por ejemplo, el Geo‐CAPE Airborne Simulator (GCAS) (Judd et al., 2019) y el Geostationary Trace gas and Aerosol Sensor Optimization (GEO‐ TASO) (Levelt et al., 2018) miden la cantidad de la columna de NO2 debajo de la aeronave. Desde el espacio, el NO2 se mide con sensores satelitales ultravioleta-visible (UV-Vis). Existe un largo registro de NO2 gracias a una serie de sensores satelitales: el Global Ozone Monitoring Experiment (Richter et al., 2011) y GOME-2 (Munro et al., 2016), el Instrumento de Monitoreo del Ozono (OMI) (Levelt et al., 2006; 2018) y el Instrumento de Monitoreo Troposférico (TROPOMI) lanzado en 2017 (Richter et al., 2011).
MATERIALES Y MÉTODOS
El Instrumento de Monitoreo del Ozono (OMI) está ubicado a bordo de la nave espacial Aura del Sistema de Observación de la Tierra (EOS) de la NASA que vuela en una órbita polar sincrónica con el sol desde 2004 (Levelt et al., 2006). Este instrumento es un espectrómetro UV/Visible de visualización nadir con una resolución espectral de aproximadamente 0.43 nm para el canal UV (307-383 nm) y aproximadamente 0.63 nm para el canal visible (349-504 nm). Mide la radiación solar (SR) retrodispersada por la atmósfera en el rango de 270- 500 nm y una resolución espacial de 13 km x 24 km (nadir) (Parisi et al., 2021). Asimismo, el lugar de estudio es el distrito de Pampas, que pertenece a la provincia de Tayacaja/Perú (Figura 1).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Variación temporal de NO2
La Figura 2A muestra una visión completa de las tendencias del NO2 y las variaciones estacionales a lo largo del período 2020-2024. El análisis de los datos revela un patrón de cambio estacional, caracterizado por valores de NO2 más altos en los meses de invierno (junio-agosto) y valores más bajos durante el verano (enero-marzo), lo que sugiere un claro comportamiento cíclico en la calidad del aire que se correlaciona con las actividades estacionales. Este patrón indica que los valores de NO2 son más altos en invierno debido al aumento de las emisiones como ausencia de precipitación y las inversiones de temperatura que atrapan los contaminantes. En la Figura 2B, los picos estacionales de las concentraciones de NO2 se produjeron en invierno, coincidiendo con el aumento de las actividades como el tráfico urbano es otra fuente principal de NO2, especialmente durante los períodos pico de desplazamiento para transformarse en ozono troposférico (Figura 3). Además, las actividades agrícolas, como la fertilización en primavera, pueden contribuir a aumentos a corto plazo de las concentraciones de NO2. La tendencia general requiere la atención de los responsables de las políticas para reducir eficazmente las emisiones de NO2 durante el otoño y el invierno. La concentración de NO2 varió entre estaciones sin mostrar una tendencia definitiva.
Figura 2 Variación mensual de NO2 (A) y comportamiento anual en el distrito de Pampas durante 2019-2024 (B).
En la Figura 4A, se evidencia las concentraciones de NO2 en la troposfera sobre Perú en el mes de enero. Donde predominan los colores amarillos, indicando niveles bajos de NO2 entre 0.413 y 0.825 x1016 mol cm-². Esto sugiere, una baja contaminación del aire relacionada con actividades industriales o vehiculares. Las áreas más claras reflejan una dispersión rápida de los contaminantes o poca actividad emisora. En la Figura 4B, se evidencia que algunas áreas de Perú muestran principalmente colores amarillentos, lo que indica concentraciones bajas a moderadas de dióxido de nitrógeno (NO2) en la atmósfera, con valores que oscilan entre 0.413 a 0.825 x10¹⁶ mol cm-2. Esto sugiere que, en las zonas monitorizadas de Perú, la contaminación por NO2 es relativamente baja, especialmente en comparación con algunas áreas vecinas que tienen concentraciones más altas (tonalidades más rojizas). Las áreas más claras pueden indicar poca presencia de NO2 o la influencia de la cobertura de nubes, que dificulta la medición precisa.
En la Figura 4C, se evidencia nuevamente un mapa de columnas troposféricas de NO2 en Perú. En comparación con febrero, los colores predominantes en Perú siguen siendo mayormente amarillos, lo que indica concentraciones bajas a moderadas de NO2 (0.413 a 0.825 x1016 mol cm-2). Sin embargo, parece haber una ligera reducción en la cantidad de áreas con concentraciones más altas (naranjas o rojizas), lo que podría sugerir una disminución de la contaminación en marzo o la variación de las mediciones debido a condiciones atmosféricas diferentes, como una mejor dispersión de contaminantes. En la Figura 4D, se evidencia que las áreas de Perú muestran un aumento notable de las concentraciones de NO2 en comparación con febrero y marzo. Se observan más regiones con tonalidades anaranjadas y rojas, especialmente a lo largo de la costa central y sur de Perú, lo que indica niveles más altos de NO2 (entre 1.238 a 2.001 x1016 mol cm-2). Esto sugiere un incremento en la contaminación atmosférica por dióxido de nitrógeno en abril, posiblemente debido a un mayor tráfico vehicular, actividades industriales, o factores meteorológicos que han retenido más contaminantes en la atmósfera durante este mes.
En la Figura 4E, se evidencia el dióxido de nitrógeno (NO₂) acumulado en la troposfera sobre el territorio del Perú durante el mes de mayo, con valores que oscilan entre 0.413 a más de 2.001 × 1016 mol cm-2. Los colores, que varían entre el amarillo claro y el rojo oscuro, representan la concentración de NO₂ en moléculas por centímetro cuadrado (mol cm-2). Las zonas cercanas a la costa norte del Perú (Lima y parte de Piura) muestran mayores concentraciones de NO₂, probablemente debido a la actividad industrial y vehicular, típicos emisores de este contaminante. Las áreas más alejadas de las grandes ciudades, como la región andina y amazónica, presentan concentraciones menores, lo que es coherente con una menor actividad humana y emisiones. Además, las variaciones observadas permiten inferir la distribución espacial de fuentes de emisión de NO₂, siendo un indicador clave de la contaminación del aire y un factor importante en la evaluación de la calidad del aire. En la Figura 4F, se evidencia el mapa de Perú con una escala de colores que representan las concentraciones de dióxido de nitrógeno (NO2) en la troposfera del mes de junio, donde la escala de colores va del amarillo (baja concentración) al rojo (alta concentración), con valores que oscilan entre 0.413 hasta 2.001 × 1016 mol cm-2.
La Figura 4 muestra que las mayores concentraciones de NO2 se encuentran en las regiones costeras de Perú, particularmente alrededor de las ciudades de Lima y Callao, esto probablemente se deba a los altos niveles de tráfico y actividad industrial en estas áreas. También muestra que la concentración de NO2 disminuye a medida que se avanza hacia la región andina del Perú, esto probablemente se deba al hecho de que la calidad del aire es generalmente mejor. En la Figura 4G se evidencia la concentración de dióxido de nitrógeno (NO2) en la troposfera en el mes de julio, con valores que oscilan entre 0.413 hasta más de 2.001 × 1016 mol cm-2. Se observa que las zonas rojas o con concentraciones más altas se encuentran en partes de la costa, lo cual podría sugerir la presencia de ciudades o zonas industriales y se destacan algunos puntos específicos en la parte sur-central y noreste de la figura. Las zonas con menores concentraciones son las áreas más rurales o menos habitadas, como la Amazonía y parte de los Andes, que muestran niveles mucho más bajos de este contaminante.
En la Figura 4H se evidencia, la distribución acumulada del dióxido de nitrógeno (NO₂) en la troposfera sobre el Perú durante el mes de agosto, con valores que oscilan entre 0.413 hasta más de 2.001 × 1016 mol cm-2. Las áreas con mayores concentraciones de NO₂ están resaltadas en rojo, lo que indica focos de actividad humana o industrial intensa, ello se observa en partes de la costa peruana, probablemente en torno a ciudades como Lima y otras zonas urbanas costeras o industriales y las zonas con menores concentraciones son más prevalentes en las áreas rurales y zonas montañosas del país, como la región andina o amazónica, donde hay menos actividad humana e industrial que genere estos contaminantes. En la Figura 4I se observa, la distribución acumulada del dióxido de nitrógeno (NO₂) en la troposfera sobre el Perú durante el mes de agosto, con valores que oscilan entre 0.413 hasta más de 2.001 × 1016 mol cm-2. Se evidencia que las áreas con mayores concentraciones de NO2 de color rojo y naranja, las cuales en estos focos hay actividades humanas como industriales con mayor intensidad, esto observándose en la parte Sur del Perú, probablemente en ciudades como Arequipa y otras zonas urbanas industriales, donde las zonas con menores concentraciones en su mayoría son zonas rurales y montañosas como la región andina o amazónica, donde hay menos actividades industriales. En la Figura 4I, se evidencia el mapa de Perú con una escala de colores que representa la concentración de dióxido de nitrógeno (NO2) en la troposfera del mes de octubre, donde la escala de colores va del amarillo (baja concentración) al rojo (alta concentración), con valores que oscilan entre 0.413 hasta 2.001 × 1016 mol cm-2. El mapa muestra que las mayores concentraciones de NO2 se encuentran en las regiones costeras de Perú, particularmente alrededor de las ciudades de Lima y Callao, como también en ciudades como Arequipa que esto probablemente se deba a los altos niveles de tráfico y actividad industrial en estas áreas. El mapa también muestra que la concentración de NO2 disminuye a medida que se avanza hacia el interior, esto probablemente se deba al hecho de que la calidad del aire es generalmente mejor en las áreas rurales.
Clasificación de uso de suelo
En la Figura 5 se muestra el comportamiento del uso de suelo en el distrito de Pampas, donde se visualiza el crecimiento urbano (pixeles de color rojo), como de cultivos agrícolas (color morado). Asimismo, se observa un crecimiento urbano y agrícola con poca predominancia de floresta.
Trabajos similares como la concentración de contaminantes en la atmósfera ambiental depende de la dispersión, la concentración de fondo, los procesos químicos, la advección, la turbulencia y la deposición (Mayer, 1999). Todos estos procesos están influenciados por parámetros meteorológicos como la radiación, la estabilidad, el viento, la temperatura, la turbulencia, la lluvia y la humedad. La dispersión atmosférica, especialmente en relación con el transporte de contaminantes, es un tema crucial (Dosio et al. 2005). La velocidad y la dirección del viento, y las condiciones de turbulencia atmosférica cerca de la superficie, son los principales factores que influyen en el patrón de dispersión y la distribución de los contaminantes emitidos al aire. La turbulencia, al ser el principal impulsor del transporte de humedad, calor y contaminación en dirección vertical, conduce a la mezcla y dilución de contaminantes en el lugar de emisión o a su acumulación (Jia et al. 2021). La deposición de óxidos de nitrógeno NOx (NO, NO2, HNO3 y NO3) representa la mitad de la deposición de nitrógeno en la superficie de la Tierra (Geddes y Martin, 2017). Aparte de la degradación de la calidad del aire, el daño al ecosistema es una de las principales preocupaciones de las emisiones de dióxido de nitrógeno. El dióxido de nitrógeno juega un papel importante en el ciclo biogeoquímico. El transporte y la deposición de compuestos de nitrógeno son dos de los procesos más importantes en el ciclo biogeoquímico (Gruber y Galloway 2008). El aumento de la deposición de nitrógeno en el suelo, el agua y las plantas provoca eutrofización y acidificación (Bobbink et al. 2010).
CONCLUSIONES
Los valores de NO2 revelan un patrón de cambio estacional, caracterizado por valores de NO2 más altos en los meses de invierno (junio-agosto) y valores más bajos durante el verano (enero-marzo), además los valores máximos de NO2 es de 20 umol m-2; asimismo el uso de suelo predominante en el distrito de Pampas es de cultivos agrícolas y zona urbana. En consecuencia, es importante que para futuras investigaciones futuras deben centrarse en la identificación de fuentes de contaminación, asimismo, medidas como mejora en los procesos de las actividades industriales sobre sus emisiones, y la mejora de la gestión del tránsito del parque automotor. También es importante implementar a futuro el uso de energías renovables o tecnologías limpias para mitigar las emisiones de contaminantes atmosféricos.
